低成本管家机器人

序号： 编码： 第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛华南农业大学选拔赛作品申报书 作品名称：低成本管家机器人 所在学院：工程学院 申报者姓名 （集体名称）：robo 类别：自然科学类学术论文哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类说 明1. 申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3表内项目填写时一律用打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4序号、编码由竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请用4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字以内, 调查报告类每篇在15000字以内。6其他参赛事宜请向校团委咨询。联系电话：85283396，电子邮箱： A2申报者情况（集体项目）说明：1.必须由申报者本人按要求填写； 2.申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列； 3.本表中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申报者代表情况姓名郑暖性别男出生年月1988.9学院工程学院系别、专业、年级06级电子信息工程学历本科学制4年入学时间2006作品名称低成本管家机器人毕业论文题目通讯地址华南农业大学华山6栋410邮政编码510642办公电住地通讯地址华南农业大学华山6栋410邮政编码510642住宅电他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位孔繁波男21本科华南农业大学工程学院罗雄宇男20本科华南农业大学工程学院程嘉俊男21本科华南农业大学工程学院徐志辉男20本科华南农业大学工程学院何兆麟男20本科华南农业大学工程学院资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （学院盖章）年 月 日院、系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果。是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写； 2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结 构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称低成本管家机器人作品分类（B） A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标发明目的：随着计算机技术、通信技术和网络技术的快速发展， 家居机器人正逐步进入人们的日常生活。在对家居机器人的国内外发展现状及趋势研究的基础上， 并结合目前国内的现有技术条件及对家居智能机器人的功能需求， 设计了一款低成本、多功能、易维护、方便升级的家居智能机器人。主要可以实现安防与卫生清洁功能，改善家居环境。基本思路：图1.系统功能框图以智能小车为基础，在小车上不断完善家居机器人的功能。以低成本为设计原则，因为市面上的机器人的价格都比较昂贵，超出一般家庭的消费能力。设计一款低成本的家居机器人，可以让机器人进入更多的家庭。该家居智能机器人的主要功能有， 语音识别、室内清洁、安防检测与报警等功能。控制系统以ARMcortex-m3 微控制器为核心， 外扩了基于凌阳SPCE061A嵌入式语音识别应答模块、ZIGBEE无线控制模块、GSM安防模块、电机驱动控制模块、自动充电模块等功能模块。针对智能机器人信息处理的准确性与快速性要求,采用超声波传感器、红外传感器、接触传感器等多种传感器， 设计了机器人的多传器硬件系统。用于绕开障碍物与导航。在安防模式中，用热释电传感器检测检测是否有人在走动，当检测到有人在走动的时候就经过无线控制模块发射信号，启动报警系统。在清洁模式中，主要用了一个吸尘器，在小车的导航下自动吸尘，打扫卫生。人可以通过遥控器无线控制机器人。也可以用语音控制机器人。图2.系统硬件实现框图至于软件方面根据ARMcortex与凌阳的SPCE061A MCU编程。应用汇编与C语言结合编程。把机器人的行为分为充电行为，逃离行为，归航行为，沿墙行走行为，人机对话行为，吸尘行为，安防行为。行为可以用状态机的形式编写。为每一个行为编写处理代码。各个行为的参数都来自于不同传感器传来的信号。系统没有操作系统。所以有必要做一个行为仲裁器，仲裁应当执行哪一个行为。从而控制左右两个直流电机与其他模块，实现任务。Mcu不但但要负责机器人的行动的信号处理，也要各个模块的控制。图3.机器人主要机构图创新点：家居机器人助手；安防与清洁结合；ZIGBEE无线控制监测；语音控制；非接触式充电；自动返回充电；技术关键：如何避障；清洁路径的选择；电机的驱动与抗干扰；如何自动返回充电；小车的机械如何构造；主要技术指标：1. 为尽量避免小车避障不及而与障碍物产生碰撞导致故障。我们将红外避障的最小安全距离设定在10-15公分，小车测量到自身与障碍物的距离在此范围内的时候，立即作出反应，改变行车路线以免与障碍物发生直接碰撞。2. 无线发送接收的距离达到20-30米。太近使用起来不方便，太远则功率太大，影响小车续航能力。3. 电源使用大功率电池，一次充电能保证小车正常工作2小时，而充且电时间控制在6小时以内。4. 电机扭力足够大，能够轻松爬坡20。有电机保护电路，当电机堵塞超过10秒，控制模块立即停止对电机的供电。5. 电池电量自动检测，当电池电量剩余25%时，小车自动寻找充电器进行充电。6. 语音命令识别正确率达80%以上。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）该作品是一个集多功能于一身的低成本智能机器人。全身安装超声波传感器、红外传感器、热释电传感器、接触传感器等各种传感器及保护装置，通过这些设备，它可以测距离、识别障碍物，不会碰撞家具和人，实现看家护院、自动清扫、等家居功能。与市面上大多数功能单一的家居机器人相比，如安防机器人、保洁机器人等，更具优势。而市面上的某些家居机器人虽然功能齐全，但价格昂贵，动辄几千，甚至几万元。一般人难以承受如此高昂的价格，因此严重地阻碍了家居机器人的推广。而我们通过各种方法，在保证机器人的功能和质量的同时，尽量减低其成本，使其达到普通人接受的程度。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果作品所处阶 段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围、推广前景的技术性说明、市场分析和经济效益预测使用说明:1. 用户遥控可控制机器人的开关与模式的转换。2. 按下人机对话按键即可人机对话。不过要按照说明。 3.机器人会自动充电。大多数时间都不需要理他。 4. 当你切换到安防模式的时候，机器人在3分钟之后就会切换到安防模式。之后机器人检测到人的信号时。报警系统就会启动。回家时要对机器人切换模式。切换到打扫模式。 5. 若机器人不幸死机了就关掉机器人电源。重启机器人。技术特点与优势: 以往的机器人都是针对单一的功能需要设计的，比如智能吸尘机器人只能完成室内的清扫任务；若要实现其它功能就必须再购置安防机器人、娱乐机器人等，导致整个室内到处都是机器人，并且我们还必须学会这么多机器人的使用方法，使用起来非常不方便。与这些单一功能机器人不同，本文介绍的家居智能机器人将智能安全报警、嵌入式语音识别、自主回归充电及家居清洁等多项功能集于一身，我们只需要通过人机界面设定好机器人的参数，它便可以自主的去完成各项工作，并且在机器人工作期间也能随时服从我们发出的语音命令。适应范围、推广前景：该作品集多功能于一身，广泛地适用于各种场所，如，家庭、酒店、医院等等。而且该作品成本低，更加适合广大普通人群，因此具有极大的推广前景。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签 章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。随着全世界的科技不断发展，机器人开发发展步伐越来越快，根据中华网最近发布的未来十年讯息科技大预测中可以知道机器人在未来十年肯定将更普及，现在机器装置已可逐渐自动作业，如耕作、割草、打扫办公室等，随着机器人自主性提高，就能从事更复杂精密的工作、行为，参与农务、营建、物流产业，并照顾高龄者、军队与家庭。相对于相当成熟的工业机器人来说，服务机器人是近年来出现的机器人学研究的一个新的领域。服务机器人的种类有医疗服务机器人，健康福利服务机器人，公共服务机器人，家庭服务机器人和娱乐机器人等。从全球总体发展状况来看，日本在应用型的移动机器人研究方面走在时间前列，而美国和欧洲的一些国家在有关家庭服务机器人的智能问题方面处于领先地位。最近年来日本不断推出家庭机器人的成品，智能化水平一直处于领先地位，如05年ZMP公司新推出的nuvo，一款可以行走的用于家庭保安和娱乐的小型机器人，nuvo可以行走，起坐，并可以对语音命令如“向右转”做出反应。 它与手机建有连接，因此人们可以通过安装在这种机器人头部的数码照相机拍摄的照片查看家中的情况。人们可以通过遥控器对其进行控制。nuvo还可以根据设置的程序跳舞和唱歌。07年11月6日，日本三洋电机株式会社的家庭式机器人“蟠龙”和它的改进版T72S正式露面。三洋和专门研究开发人工智能机器人的日本Tmsuk公司一起研制了这款机器人，它既可以当作家庭宠物，也可以在家里没人时担起看门的责任。“蟠龙”有着恐龙的外表，每分钟能步行15米，并装有红外线、声音、温度和气味等的感应器。等等。国内服务机器人也在不断进步，各种小发明小创造层出不穷，但整体发展技术不够融合，缺乏大型研发基地，只有少量的企业或高校在开发研究方面做研究，成本和性能离实用还有一定的距离，与国际水平有一定差距，如果国内能够将传统IT与精密制造融洽结合，发展智能机器人，机器人的开发步伐将会大大向前迈进。鉴于此现状，积极开发低成本的实用型家庭机器人显得尤为必要和紧急。中国第二代服务机器人逐渐趋成熟。在去年末，沈阳新松机器人自动化股份有限公司于去年推出了第二代服务机器人“亮亮”和“月月”， 新一代的机器人使用了更大尺寸的触摸屏以及可转动的头部设计，增加了负责运动控制的手持式遥控器，这些使机器人的人机交互性能大大增强。新的机器人在系统体系结构、总线通讯方式方面做了彻底的改动与优化，使整个系统更加高效。而实时操作系统内核的引入更使得系统的快速响应性能得到大幅度的提升。在功能方面，语音识别、合成系统的完善使机器人的交互功能大幅度提高，彩信、网